Измерительный усилитель на одном оу

В простейшем случае в качестве измерительного усилителя может быть использован ОУ в дифференциальном включении (рис. 22). При выполнении условия R₁/R₂=R₃/R₄усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) будет максимальным.

Рис. 22. Схема простейшего измерительного усилителя

Дифференциальный коэффициент усиления при выполнении указанного выше условия

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный рассогласованием резисторов, равен

(26)

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный конечным значением КОСС операционного усилителя, равен

(27)

Здесь КОСС выражается отношением, а не в децибелах.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала всей схемы:

КОСС=КД/(КСФ1 + КСФ2).

(28)

Дифференциальное входное сопротивление:

R_вх.д=R₁ + R₃.

Поскольку, как это следует из (26), К_СФ1может принимать отрицательные значения и зависит от сопротивлений резисторов схемы, подстройкой резистораR₃может быть достигнуто любое сколь угодно большое значениеК_ОСС, в соответствии с выражением (28).

Пример 1. Пусть в схеме на рис. 22R₁=R₃=2 кОм,R₄=200 кОм. Сопротивление резистораR₂отличается от номинального значения 200 кОм на 1% и составляет 198 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 100, а К_ОСС– 10100, что во многих применениях недостаточно.

Эта простейшая схема имеет низкое входное сопротивление. Выходное сопротивление источника сигнала влияет на величину дифференциального коэффициента усиления и на коэффициент ослабления синфазного сигнала, что почти всегда требует точной настройки параметров схемы. Для изменения коэффициента усиления нужно одновременно менять сопротивления двух резисторов. Занимающая ведущее место в мире по выпуску измерительных усилителей фирма Burr-Brown выпускает несколько моделей ИМС измерительных усилителей, построенных по схеме на рис.22. Такие ИМС как INA133, INA143 имеют фиксированный коэффициент усиления, задаваемый встроенными резисторами и высокое значение КОСС (до 86 дБ), достигаемое за счет лазерной подгонки. ИМС INA145, INA146 включают дополнительный неинвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого может задаваться внешними резисторами. Микросхемы измерительных усилителей содержат цепи защиты входов, допускающие, например, у INA146 синфазные и дифференциальные напряжения до 100 В.

Измерительный усилитель на трех ОУ

Улучшить характеристики рассмотренной схемы измерительного усилителя можно, включив между источником сигнала и каждым из входов неинвертирующий повторитель. Эти повторители будут служить буферами, в результате чего входное сопротивление измерительного усилителя повысится, а влияние выходного сопротивления источников сигнала на дифференциальный коэффициент усиления и КОСС практически будет устранено. Недостатком такого решения является то, что здесь потребуется большой КОСС и в повторителях и в выходном ОУ. Лучшими характеристиками обладает схема, приведенная на рис. 23, и принятая в качестве стандартной схемы измерительного усилителя.

Рис. 23. Схема измерительного усилителя на трех ОУ

Как видно из рис. 23, напряжение на резисторе R₁составляетU₁ – U₂. Отсюда следует,что

Эта разность преобразуется дифференциальным усилителем на ОУ3 в напряжение U_выхотносительно земли. Обычно выбираетсяR₂ = R₃иR₄ = R₅ = R₆= R₇. В таком случае дифференциальный коэффициент усиления

Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за разбаланса резисторов):

(29)

Коэффициент усиления синфазного сигнала (из-за конечного значения КОСС ОУ3):

КСФ2= 1/КОССОУ3

(30)

Общий К_ОССизмерительного усилителя определяется соотношением (28).

Пример 2. Пусть в схеме на рис. 23R₁=1 кОм,R₂ = R₃ =50 кОм,R₄ = R₆= R₇= 10 кОм. Сопротивление резистораR₅отличается от номинального значения 10 кОм на 1% и составляет 9,9 кОм. Тогда дифференциальный коэффициент усиления схемы равен 101, а К_ОСС– 20200, что выше, чем в предыдущем примере.

Измерительные усилители на трех ОУ выпускаются в виде ИМС с внутренними согласованными резисторами (AD623, LM363, ICL7605 и др.). Обычно они имеют выводы для подключения внешнего резистора R₁, которым задается дифференциальный коэффициент усиления. Например, измерительный усилитель INA118 фирмы Burr-Brown имеет низкое смещение нуляU_см= 50 мкВ, широкий диапазон напряжений питания (1,35 ...18 В) и входных напряжений (до40 В), малый потребляемый ток – 0,35 мА и широкий диапазон коэффициентов усиления (1 – 10000), устанавливаемых одним внешним резистором. В табл. 1 представлены основные характеристики некоторых моделей измерительных усилителей.

INA116

-

1...1000

1

25фА

0,02

106 (K=100)

0,8

-

3 ОУ. Допустимые синфазное и дифференциальное напряжения - +/-40 В

Наименование

Количество каналов

Vos

Ib

-3dB Полоса пропускания

Скорость нарастания выходного напряжения

Vcc-Vee

Isy per Amplifier

жми на ссылку, чтобы купить

AD8603

1

12µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 6V

50µA

AD8607

2

12µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 5V

50µA

AD8609

4

12µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 5V

50µA

AD8663

1

30µV

300fA

540kHz

0.3V/µs

5V to 16V

285µA

AD8667

2

30µV

300fA

520kHz

0.26V/µs

5V to 16V

285µA

AD8627

1

50µV

0.25pA

5MHz

5V/µs

5V to 26V

850µA

AD8641

1

50µV

0.25pA

3.5MHz

3V/µs

5V to 26V

290µA

AD8626

2

50µV

0.25pA

5MHz

5V/µs

5V to 26V

850µA

AD8642

2

50µV

0.25pA

3.5MHz

3V/µs

5V to 26V

290µA

AD8625

4

50µV

0.25pA

5MHz

5V/µs

5V to 26V

850µA

AD8664

4

50µV

0.3pA

4MHz

3.5V/µs

5V to 16V

1.55mA

AD8643

4

50µV

0.25pA

3.5MHz

3V/µs

5V to 26V

290µA

ADA4627-1

1

70µV

1pA

19MHz

40V/µs

10V to 30V

7mA

AD8615

1

80µV

0.2pA

23MHz

12V/µs

2.7V to 6V

1.7mA

AD8651

1

100µV

1pA

50MHz

41V/µs

2.7V to 5.5V

9mA

AD795

1

100µV

1pA

1.6MHz

1V/µs

8V to 36V

1.5mA

AD8652

2

100µV

1pA

50MHz

41V/µs

2.7V to 5.5V

9mA

AD8067

1

200µV

0.6pA

54MHz

640V/µs

5V to 24V

7mA

AD8500

1

235µV

1pA

7kHz

0.004V/µs

1.8V to 5.5V

0.75µA

AD8691

1

400µV

0.2pA

10MHz

5V/µs

2.7V to 6V

1.05mA

AD8613

1

400µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 5V

38µA

AD8692

2

400µV

0.2pA

10MHz

5V/µs

2.7V to 6V

1.05mA

AD8617

2

400µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 5V

38µA

AD8619

4

400µV

0.2pA

400kHz

0.1V/µs

1.8V to 5V

38µA

AD8505

1

500µV

1pA

95Hz

13mV/µs

1.8V to 5V

25.5µA

ADA4505-1

1

500µV

0.5pA

50kHz

6mV/µs

1.8V to 5V

9µA

AD8601

1

500µV

200fA

8.4MHz

6V/µs

2.7V to 6V

1.2mA

AD549

1

500µV

150fA

1MHz

3V/µs

10V to 36V

700µA

ADA4505-2

2

500µV

500fA

50kHz

6mV/µs

1.8V to 5V

7µA

ADA4691-2

2

500µV

500fA

3.6MHz

1.3V/µs

2.7V to 5V

180µA

ADA4692-2

2

500µV

500fA

3.6MHz

1.3V/µs

2.7V to 5V

180µA

AD8602

2

500µV

200fA

8.4MHz

6V/µs

2.7V to 6V

1.2mA

AD8502

2

500µV

1pA

7kHz

0.004V/µs

1.8V to 5.5V

1µA

AD8508

4

500µV

1pA

95kHz

13mV/µs

1.8V to 5V

15µA

ADA4691-4

4

0.5mV

0.5pA

3.6MHz

1.3V/µs

2.7V to 5V

180µA

ADA4505-4

4

500µV

500fA

50kHz

6mV/µs

1.8V to 5V

7µA

ADA4692-4

4

500µV

500fA

3.6MHz

1.3V/µs

2.7V to 5V

180µA

AD8604

4

500µV

200fA

8.4MHz

6V/µs

2.7V to 6V

1.2mA

AD8504

4

500µV

1pA

7kHz

0.004V/µs

1.8V to 5.5V

1µA

AD8665

1

600µV

0.2pA

4MHz

3.5V/µs

5V to 16V

1.55mA

AD8646

2

600µV

0.3pA

24MHz

11V/µs

2.7V to 5.5V

2mA

AD8647

2

600µV

0.3pA

24MHz

11V/µs

2.7V to 5.5V

2mA

AD8666

2

600µV

0.2pA

4MHz

3.5V/µs

5V to 16V

1.55mA

AD8668

4

600µV

0.2pA

4MHz

3.5V/µs

5V to 16V

1.55mA

AD8648

4

700µV

0.2pA

22MHz

12V/µs

2.7V to 5.5V

2mA

ADA4665-2

2

1mV

0.1pA

1.2MHz

1V/µs

5V to 16V

290µA

AD8662

2

1mV

300fA

4MHz

3.5V/µs

5V to 16V

1.55mA

AD8506

2

2.5mV

1pA

150kHz

13mV/µs

1.8V to 5.5V

20µA

Операционный усилитель(ОУ,OpAmp) —усилитель постоянного токасдифференциальнымвходом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокойотрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.